השפעת סינטור על תכונות קרמיקת זירקוניה

השפעת סינטור על תכונות קרמיקת זירקוניה

כסוג של חומר קרמי, זירקוניום בעל חוזק גבוה, קשיות גבוהה, עמידות טובה בפני שחיקה, עמידות לחומצות ובסיסים, עמידות בטמפרטורות גבוהות ותכונות מצוינות אחרות. בנוסף לשימוש נרחב בתחום התעשייתי, עם ההתפתחות הנמרצת של תעשיית התותבות בשנים האחרונות, קרמיקת זירקוניה הפכה לחומר התותבות הפוטנציאלי ביותר ומשכה את תשומת ליבם של חוקרים רבים.

ביצועי קרמיקת הזירקוניה יושפעו מגורמים רבים, היום נדבר על השפעת הסינטר על כמה תכונות של קרמיקת זירקוניה.

שיטת סינטור

שיטת הסינטור המסורתית היא חימום הגוף באמצעות קרינת חום, הולכת חום והסעת חום, כך שהחום מועבר מפני השטח של הזירקוניה אל פנים המבנה, אך המוליכות התרמית של הזירקוניה גרועה מזו של אלומינה וחומרים קרמיים אחרים. על מנת למנוע סדקים הנגרמים כתוצאה מלחץ תרמי, מהירות החימום המסורתית איטית וזמן החימום ארוך, מה שהופך את מחזור הייצור של הזירקוניה לארוך ועלות הייצור גבוהה. בשנים האחרונות, שיפור טכנולוגיית העיבוד של הזירקוניה, קיצור זמן העיבוד, הפחתת עלות הייצור ואספקת חומרי קרמיקה של זירקוניה דנטלית בעלי ביצועים גבוהים הפכו למוקד המחקר, וסינטור במיקרוגל הוא ללא ספק שיטת סינטור מבטיחה.

נמצא כי סינטור במיקרוגל וסינטור בלחץ אטמוספרי אינם בעלי הבדל משמעותי בהשפעת החדירות למחצה ועמידות בפני שחיקה. הסיבה לכך היא שצפיפות הזירקוניה המתקבלת בסינטור במיקרוגל דומה לזו של סינטור קונבנציונלי, ושניהם סינטור צפוף, אך יתרונותיו של סינטור במיקרוגל הם טמפרטורת סינטור נמוכה, מהירות גבוהה וזמן סינטור קצר. עם זאת, קצב עליית הטמפרטורה של סינטור בלחץ אטמוספרי הוא איטי, זמן הסינטור ארוך יותר, וזמן הסינטור הכולל הוא בערך 6-11 שעות. בהשוואה לסינטור בלחץ רגיל, סינטור במיקרוגל הוא שיטת סינטור חדשה, בעלת יתרונות של זמן סינטור קצר, יעילות גבוהה וחיסכון באנרגיה, ויכולה לשפר את המיקרו-מבנה של הקרמיקה.

ישנם חוקרים הסבורים גם שזירקוניה לאחר סינטור במיקרוגל יכולה לשמור על פאזה טקוורטטית מטא-סטבילה יותר, כנראה משום שחימום מהיר במיקרוגל יכול להשיג צפיפות מהירה של החומר בטמפרטורה נמוכה יותר, גודל הגרעין קטן ואחיד יותר מזה של סינטור בלחץ רגיל, נמוך מגודל הטרנספורמציה הקריטי של פאזה t-ZrO2, דבר התורם לשמירה על מצב מטא-סטביל ככל האפשר בטמפרטורת החדר, ובכך משפר את החוזק והקשיחות של חומרים קרמיים.

תהליך סינטור כפול

קרמיקת זירקוניה מסונטרת קומפקטית ניתנת לעיבוד רק באמצעות כלי חיתוך אמרי עקב קשיות וחוזק גבוהים, ועלות העיבוד גבוהה וזמן העיבוד ארוך. על מנת לפתור את הבעיות הנ"ל, לעיתים נעשה שימוש פעמיים בתהליך סינטור של קרמיקת זירקוניה: לאחר היווצרות גוף הקרמיקה והסינטור הראשוני, עיבוד שבבי CAD/CAM עד לצורה הרצויה, ולאחר מכן סינטור עד לטמפרטורת הסינטור הסופית כדי להפוך את החומר לצפוף לחלוטין.

נמצא ששני תהליכי סינטור ישנו את קינטיקה של הסינטור של קרמיקת זירקוניה, ויהיו להם השפעות מסוימות על צפיפות הסינטור, התכונות המכניות והמיקרו-מבנה של קרמיקת זירקוניה. התכונות המכניות של קרמיקת זירקוניה הניתנת לעיבוד שבבי לאחר סינטורה דחיסה אחת טובות יותר מאלה שסינטורה פעמיים. חוזק הכיפוף הדו-צירי וקשיחות השבר של קרמיקת זירקוניה הניתנת לעיבוד שבבי לאחר סינטורה דחיסה אחת גבוהים יותר מאלה שסינטורה פעמיים. אופן השבר של קרמיקת זירקוניה מסונטרת ראשונית הוא טרנס-גרגירי/בין-גרגירי, ופגיעת הסדק ישרה יחסית. אופן השבר של קרמיקת זירקוניה מסונטרת פעמיים הוא בעיקר שבר בין-גרגירי, ומגמת הסדקים מפותלת יותר. התכונות של אופן השבר המרוכב טובות יותר מאשר אופן השבר הבין-גרגירי הפשוט.

ואקום סינטרציה

יש לסנטר זירקוניה בסביבת ואקום, בתהליך הסינטור ייווצר מספר רב של בועות, ובסביבת ואקום, בועות קלות לפרוק ממצב המותך של גוף הפורצלן, לשפר את צפיפות הזירקוניה, ובכך להגדיל את החדירות למחצה ואת התכונות המכניות של הזירקוניה.

קצב חימום

בתהליך הסינטור של זירקוניה, על מנת להשיג ביצועים טובים ותוצאות צפויות, יש לאמץ קצב חימום נמוך יותר. קצב החימום הגבוה גורם לטמפרטורה הפנימית של הזירקוניה להיות לא אחידה בהגעה לטמפרטורת הסינטור הסופית, מה שמוביל להופעת סדקים ולהיווצרות נקבוביות. התוצאות מראות שעם העלייה בקצב החימום, זמן ההתגבשות של גבישי הזירקוניה מתקצר, הגז בין הגבישים לא יכול להשתחרר, והנקבוביות בתוך גבישי הזירקוניה עולה מעט. עם העלייה בקצב החימום, כמות קטנה של פאזה גבישית מונוקלינית מתחילה להתקיים בפאזה הטטרגונלית של הזירקוניה, דבר שישפיע על התכונות המכניות. יחד עם זאת, עם העלייה בקצב החימום, הגרגירים יהיו מקוטבים, כלומר, דו-קיום של גרגירים גדולים וקטנים יותר קל. קצב חימום איטי יותר תורם להיווצרות גרגירים אחידים יותר, מה שמגביר את החדירות למחצה של הזירקוניה.